水流作用下粉砂海床上人工鱼礁局部冲刷的模型试验与分析

海底条件的变化可能会加剧人工鱼礁的局部冲刷甚至产生掏空,导致人工鱼礁倾覆或掩埋,最终影响人工鱼礁的生态修复功能。为更好地了解人工鱼礁的冲刷特性,明确冲刷地形的形成机制,本研究首先采用物理模型试验的方法,对放置在粉砂底质上的人工鱼礁在不同水流条件下的局部冲刷问题进行了研究,并通过对原型流场进行数值模拟,讨论分析了水流及礁体结构特征对局部冲刷形态的影响机制。模型试验结果显示,0.11 m/s流速对试验选取的模型沙的影响不显著,礁体模型背面冲刷坑的深度仅为0.5 mm,两侧无明显冲刷坑,当流速增加到0.22和0.27 m/s时,沙床表面形成了均匀分布的沙鳞,背面冲刷坑深度分别达到1.0和1.5 mm,两侧冲刷坑的最大深度为4.5 mm,宽度分别为4.0和7.5 cm;流场数值模拟的分析结果显示,原型条件下流场、沙床剪切力和涡量的高值区和模型试验中冲刷强区存在对应关系,礁体的开孔和多柱支撑设计增大了局部冲刷强度。该研究表明,在粉砂底质条件下人工鱼礁的局部冲刷程度随流速的增加而增强,但总体冲刷不严重,未出现掏空或掩埋现象;礁体结构对局部冲刷有较大影响,因此,礁体设计与布局时应综合考虑流场效应、稳定性和冲刷形态等因素。     

混凝土人工鱼礁选型的初步分析

人工鱼礁的选型优化包括对礁体材料和礁体构造的选择。参考目前现有人工鱼礁结构类型,选取混凝土为设计礁体材料,计算各礁体实体体积、空方体积、表面积及其重量,通过计算找出礁体各性能参数之间的关系。引入礁体每体积混凝土产生的空方体积(ε)和表面积(η)两个优化参数,来衡量礁体的性能。结果表明:框架形礁ε值相对较高,而异体形或组合鱼礁η值相对较高,说明框架形礁体单位体积混凝土产生流态效应最好,异体形或组合结构礁体单位混凝土附着面积较多。同时引入有效空方体积概念,进一步说明礁体结构与流态的关系。     

人工鱼礁工程技术进展研究

人工鱼礁是实现海洋牧场建设、海域生态调控和海洋生境修复的主要手段之一。人工鱼礁的聚鱼效果主要取决于礁体建造材料、结构造型、流体力学特征及礁体布局等因素。总结了国内外人工鱼礁工程技术的发展历程,阐述了我国人工鱼礁发展存在的问题。通过查阅文献资料,总结了礁体造型和设计方面的研究进展,主要包括:现有人工鱼礁礁体材料的优、缺点,新型复合材料应用空间等;主要礁体构型及现有设计方法;采用流体力学模型试验和数值计算,开展礁体水动力学行为研究的进展;人工诱导流场和人工鱼礁布局主要方法。结合我国人工鱼礁现状,提出人工鱼礁设计与应用的发展趋势和重点研究方向,以期为我国人工鱼礁建造和升级提供参考。     

米字型人工鱼礁流场数值模拟与水槽实验的比较

采用LES(大涡模拟)紊流模式,对定常来流速度下按实际尺寸缩小10倍的米字型人工鱼礁单体附近流场进行三维数值模拟,同时利用相同尺寸的水槽实验验证该数值计算方法的可行性。在数值模拟与水槽实验中分别设置了0.2、0.4、0.6、0.8、1.0以及1.2 m/s 6种来流速度,并比较礁体附近三个方向上流速变化的情况。结果表明,数值模拟中约80%的测点速度与水槽实验结果吻合。而且,具有较大差异的值都发生在礁体上方开口中心位置附近的测点,该位置流场变化强烈且水槽实验测量有一定难度,易产生误差,因此对比结果差异较大是可允许的。综合比较结果,初步认为利用三维数值模拟计算方法模拟人工鱼礁的流场变化是可行的,今后可利用该数值计算方法替代复杂的水槽实验,甚至可以对实际投放礁体的原始规格以及所放置的海域进行等比例模拟,更清晰准确地对人工鱼礁周围流场变化进行详细研究。同时对不同结构的人工鱼礁和人工鱼礁群周围的流场进行系统分析,从而实现人工鱼礁的优化配置。     

规模化透水性人工鱼礁阻流效应的数值模拟

为在大尺度海洋模型中合理体现透水性人工鱼礁组合，基于海洋数值模式FVCOM（finite volume community ocean model）模拟了大陈岛拟建人工鱼礁区的水动力情况，比较了阻滞力法、实心礁法和附加底摩擦法在投礁前后的垂向流速、礁顶平面流速、水体向上输运通量和背涡流体积的差异，并根据投礁前后的流速差异，应用经验公式预测了投礁一年后底床泥沙冲淤情况。数值模拟结果表明，礁体组合迎流面产生上升流，礁体背流面流速减小，涨急时刻所形成缓流区长度在礁体组合长度20倍以上，年底床淤积厚度约0.05 m。阻滞力法以减少来流的动态功率密度来模拟礁体对水流的阻滞作用，可有效合理地实现对透水性人工鱼礁流场效应的模拟，避免了实心礁法在透水性鱼礁模拟中过高估计流场效应的问题，也没有附加底摩擦法只适用于低矮礁体的缺陷。阻滞力法可根据透水性礁体的造型、迎流面积、组合个数、布放方式和所处水层而设置各向和各水层的阻流参数，不仅适用于置底型透水性鱼礁，也适用于浮鱼礁。阻滞力法的建立、完善和应用对于今后的人工鱼礁水动力学和生态动力学研究具有重要意义。     

不同侧板结构对八棱柱型人工鱼礁流场效应的影响

为了解侧板结构对八棱柱型人工鱼礁流场效应的影响，实验基于计算流体力学方法(computational fluid dynamics, CFD)，利用大涡模拟(LES)对4种不同侧板结构的八棱柱型人工鱼礁周围流场变化进行数值模拟，并以上升流体积、背涡流体积和向上输运通量等为流场效应指标进行了分析，同时利用水槽实验对数值模型进行验证。结果显示，水槽实验流速与2种尺寸数值模拟流速的均方根误差最大不超过0.065。0°垂直迎流时，2种来流速度下，A型、C型和D型礁的上升流体积较B型礁最大分别高35.6%、244.1%和80.1%，背涡流体积较B型礁最大分别高193.5%、115.8%和88.8%。C型和D型礁的向上输运通量均大于A型礁，且C型礁最大向上输运通量是D型礁的1.29倍。不同迎流角度下，C型礁和D型礁的上升流体积和背涡流体积在4种角度下差异显著，且迎流面投影面积和上升流体积及背涡流体积之间相关系数较小。研究表明，实验所采用的数值模拟准确可靠；侧板数量增加对于提升八棱柱型人工鱼礁流场效应尤其是上升流效应作用明显；下层侧板固定时，上层为倾斜侧板有利于提升礁体的上升流效应，上层为垂直侧板时...     

复合M型人工鱼礁粒子图像测速二维流场试验研究

为了获得复合M型人工鱼礁的流场效应,为鱼礁的结构设计提供理论依据,选取3个不同水流流速(6.7 cm/s、11.0 cm/s、18.0 cm/s),采用粒子图像测速(PIV)技术,对复合M型人工鱼礁的二维流场进行测试。结果表明:礁体迎流面和背流面分别产生上升流和背涡流,其规模随着来流速度的增加而增大;当鱼礁圆柱孔与流向夹角为90°时所产生的上升流高度为礁高的53%~90%,背涡流面积为迎流面积的0.7~1.3倍;夹角为0°时上升流高度为礁高的33%~83%,背涡流面积为迎流面积的40%~60%;90°工况下上升流平均流速是0°工况时的1.1~2.7倍,背涡流的最大回流速度为0°时的3.0~9.0倍。鱼礁投放时采用鱼礁圆柱孔与水流流向垂直的摆放形式流态较好。     

我国人工鱼礁种类的划分方法

人工鱼礁的种类多种多样。如何划分人工鱼礁的种类？到目前为止尚未有标准的划分方法。我国人工鱼礁的种类一般根据投礁水深、建礁目的或鱼礁功能、造礁材料和礁体结构这四个方面来划分叙述。     

现场海域人工鱼礁分布状态聚类分析

人工鱼礁的流场营造、鱼类诱集等建设目标,一般是通过单位鱼礁、鱼礁群等不同规模的形式实现的;实际投放的成千上百个人工鱼礁处于何种分布状态、它们是否满足单位鱼礁等规模要求,是非常值得关注的课题。本文利用空间聚类分析,借助基于划分的算法、基于层次的算法和基于约束的算法对投放后的鱼礁进行划分、归类或剔除,并选择单位鱼礁的重心、影响面积、鱼礁单体数量以及礁体间距4个指标进行比较分析,探讨人工鱼礁实际的组合聚类模式。结果显示3种空间聚类算法误差的排列顺序为：约束算法<划分算法<层次算法。通过对比分析,在基于约束的聚类算法下,最能反映人工鱼礁的实际集聚情况。     

基于单位鱼礁规模的米字型人工鱼礁流场效应定量研究

流场效应是人工鱼礁发挥其生态效应的基础,流场效应强弱受单位鱼礁规模影响,同时是衡量人工鱼礁建设模式优劣与规划人工鱼礁建设模式的重要参考因素,流场体积是表征流场效应强弱的重要指标。本研究基于数值实验方法,分析米字型人工鱼礁在4种布设模式下28种单位鱼礁规模的流场体积变化规律,并建立上升流、背涡流流场体积与人工鱼礁建设规模指标的多元非线性模型。结果表明,单位鱼礁建设一级指标投放量(T_a)、布设间距(L_d)及目标速度比(R_u)与上升流体积分别呈线性、三次函数及幂函数关系,建立上升流体积回归模型为V_u=T_a×(0.002L_r~2-0.055L_r-2.429V_R×R_u+0.011R_u~(-1.833)+0.227L_d+0.437),回归拟合R~2为0.957,相对误差为18.61%。与背涡流体积分别呈幂函数、三次函数及指数函数关系;结合单位鱼礁建设二级指标相对边长(L_r)、容积率(V_R),背涡流体积回归模型为V_b=R_u×(-0.543L_r~2+2.388L_r)–51.779V_R~2+75.045V_R+1.449×10~(-4)T_a×e~(12.049 Ru)+1.620L_d×T_a,回归拟合R~2为0.938,相对误差为10.09%。该流场体积回归模型可用于规划指导均匀布设模式的人工鱼礁建设,为"减量增质提效"的人工鱼礁建设策略提供参考。     

不同材料、形状和空隙的人工参礁对刺参诱集效果的试验研究

采用行为学方法,对体长2～7 cm、体质量2～30 g的刺参(Apostichopus japonicus)在实验室水槽中自然光照下的行为特性进行观察,分别记录了刺参在水槽中无礁（对照组）和有礁区域的分布情况,并分析了不同形状、材料及距水槽底部不同空隙的人工参礁对刺参的诱集效果.实验观察发现,刺参在水槽中有明显的爬壁现...     

不同材料类型人工鱼礁建设的经济效益浅析

对不同人工鱼礁造礁材料的成本和投放成本的调查,从经济学成本管理的角度出发,对不同造礁材料的人工鱼礁产生的经济效益进行了初步的测算和分析,进一步阐明不同人工鱼礁造礁材料的优越性,为人工鱼礁建设事业的可持续健康发展提供依据。同时对人工鱼礁建设所面临的问题及解决问题的具体措施也作了简要的阐述。研究结果表明：钢筋混凝土鱼礁、石料鱼礁可以作为较好的增殖型鱼礁、渔获型鱼礁、游钓型鱼礁的建礁材料;工程塑料鱼礁可以作为浮鱼礁的建礁材料;钢制鱼礁可以将其作为石块或混凝土等鱼礁的钢制框架或筋材,做成增殖型鱼礁、渔获型鱼礁以及游钓型鱼礁;旧轮胎鱼礁建议不要作为鱼礁材料使用;木竹制鱼礁不建议大规模选用为建礁材料。     

澄海莱芜人工鱼礁集鱼效果初步评价

2003和2007年分别对澄海莱芜人工鱼礁区进行了投礁前的本底调查和投礁后的跟踪调查。结果表明，投礁后礁区海域游泳生物的资源密度明显比投礁前高，增加了25．63倍；礁区海域各类资源种类均比投礁前丰富，总种数由投礁前的23种增加至41种，比投礁前增加了0．78倍，其中，蟹类种数增加最多，增加了1．75倍；在本底调查中没有出现的经济种类龙头鱼Harpodon nehereus和红星梭子蟹Portunus sanguinolentus在跟踪调查中已成为主要优势种；Shannon—Wienver多样性指数（H’）在礁区和对比区均比投礁前有所增加。表明鱼礁投放后，鱼礁区集鱼效果和群落结构明显改善，人工鱼礁建设取得了明显的生态效益和经济效益。     

人工鱼礁结构设计原理与研究进展

人工鱼礁的结构设计目前尚无明确的原理和依据。本文从流场效应、生物效应、遮蔽效应的角度阐述人工鱼礁结构设计的基本原理,举例说明了相关的依据和方法,总结分析了适合不同海域类型的人工鱼礁区建设模式及其未来发展,以期为人工鱼礁的结构设计和海洋牧场规划提供参考。     

东海区资源保护型人工鱼礁生态效果评价体系的初步研究

科学评价鱼礁生态效果对后续鱼礁建设具有重要现实意义。从鱼礁生态效果产生原理出发,以鱼礁的自然特征、流场效应、水质与底质、饵料生物、鱼类与大型无脊椎动物5方面作为评价准则,建立了2个评价层次共29个评价指标的指标体系。在查阅文献和分析调查资料基础上,确定了定量评价指标的模糊隶属函数和定性指标的评判依据以作为评价指标的评价标准。运用三标度层次分析法确定了评价指标的权重。对2个代表性资源保护型鱼礁的生态效果进行了评价。评价结果与实际调查情况基本吻合。评价方法可以作为有关鱼礁生态效果评价的依据。     

钢制四方台型人工鱼礁礁体设计及稳定性研究

针对台州大陈海域的波流状况、水深等设计了钢制四方台型礁体。礁体的基本尺寸为底座3.5m×3.5m×0.3m,顶面2.5m×2.5m,高3.5m,重7.19。t根据波流动力学理论对此礁体在实际投放海域所受到的最大作用力、抗漂移系数以及抗倾覆系数等进行了计算。结果表明,该钢制四方台型礁体在波流共同作用下的最大受力为32255N,作用力矩为48642 N.m,抗漂移系数和抗倾覆系数分别为1.44,2.23。与礁体受到的静摩擦力、重力矩相比,满足礁体稳定条件,即礁体在海底不会发生滑移或翻滚。     

3种光照条件下六面锥型罩式人工鱼礁模型对花尾胡椒鲷的诱集效果

为了解不同光照条件下人工鱼礁的集鱼效果，观察了自然光、55W和26W3种光照条件下在试验水槽内六面锥型罩式水泥人工鱼礁模型对花尾胡椒鲷（Plectorhynchus cinctu）的诱集效果。结果表明，在未投入礁体模型情况下，试验鱼出现的密集区位于水槽左端区域，试验鱼在此区域的平均出现率分别为61．60％（自然光）、81．61％（55W）和82．07％（26W），而试验鱼在空白礁区的出现率均低于5％；放人礁体模型后，鱼礁区试验鱼的出现率分别上升至37．60％（自然光）、23．56％（55W）和15．75％（26W），而原密集区试验鱼的平均出现率分别下降至23．47％（自然光）、71．61％（55W）和67．59％（26W）。统计数据显示，六面锥型罩式水泥人工鱼礁模型对花尾胡椒鲷具有显著的诱集作用，其诱集效果随着光照强度的降低而减弱。     

珊瑚礁生态系统中造礁石珊瑚退化原因分析与维护技术进展

珊瑚对环境要求较高,温度、盐度、pH、重金属、悬浮泥沙、紫外线等因素都可能造成珊瑚的退化.又因为造礁石珊瑚是现代珊瑚礁的框架,本研究首先基于造礁石珊瑚的生存状况及其与珊瑚礁生态系统的密切关系,分析了其退化原因及可能产生的后果,进而从珊瑚礁生物增殖放流、人工养殖移植技术、相关功能基因研究、科学有效的监测管理等多个角度,综...